Neues Verfahren macht aus Plastikmüll wertvolle Rohstoffe

Ein Forschungsteam aus China hat einen neuen Weg vorgestellt, um Plastikabfälle in wertvolle Rohstoffe für die Chemieindustrie umzuwandeln. Der Trick besteht darin, die komplexen Moleküle in genau dem richtigen Maß zu spalten.

Erster Schritt: Toluol

Wissenschaftler der Nanjing Forestry University und der Tsinghua University berichten über ein Verfahren, mit dem Polystyrol, ein Kunststoff, der häufig für Lebensmittelverpackungen und Einwegprodukte verwendet wird, gezielt zu Toluol verarbeitet werden kann. Toluol ist ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie, etwa bei der Herstellung von Farben, Kunststoffen und Lösungsmitteln.

Angesichts der weltweit wachsenden Mengen an Plastikmüll und der damit verbundenen Umwelt- und Gesundheitsrisiken gilt das Recycling von Kunststoffen als zentrale Herausforderung. Die neue Methode, die in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology beschrieben wurde, setzt auf eine sogenannte Hydro-Pyrolyse. Dabei wird Polystyrol zunächst stark erhitzt und anschließend mithilfe von Wasserstoff und eines speziellen Katalysators in kleinere Moleküle zerlegt.


Kernstück des Verfahrens ist ein zweistufiger Festbettreaktor. Im ersten Schritt wird der feste Kunststoff bei rund 475 Grad Celsius in Dampf umgewandelt. Diese heißen Gase strömen anschließend in einen zweiten Reaktor, der mit Wasserstoff und einem Ruthenium-Katalysator ausgestattet ist. Dort werden die chemischen Bindungen gezielt aufgebrochen und so umgeformt, dass überwiegend Toluol entsteht. Der eingesetzte Katalysator besteht aus einzelnen Metallatomen, die auf einem Trägermaterial verteilt sind.

"Durch die präzise Abstimmung der aktiven Zentren auf atomarer Ebene können wir die Reaktionsrichtung steuern und gleichzeitig eine hohe Aktivität aufrechterhalten", erklärte Zedong Zhang, Mitautor des Papers. Ziel sei es gewesen, den klassischen Zielkonflikt zwischen Ausbeute und Selektivität zu überwinden.

Andere Stoffe in Arbeit

Die Ergebnisse sind vielversprechend: In ersten Versuchen lag die Selektivität für Toluol bei über 99 Prozent, die Ausbeute bei mehr als 83 Prozent. Begleitende Lebenszyklus- und Wirtschaftlichkeitsanalysen zeigen zudem, dass sich der CO₂-Fußabdruck der Toluolproduktion um rund 53 Prozent senken ließe. Die geschätzten Produktionskosten von etwa 0,61 Dollar pro Kilogramm liegen unter dem aktuellen Industriestandard.

Das Team sieht in dem Ansatz ein großes Potenzial für das "Upcycling" von Kunststoffabfällen zu hochwertigen petrochemischen Rohstoffen. Künftige Arbeiten sollen die kontinuierliche Beschickung des Reaktors ermöglichen, um längere Laufzeiten und größere Mengen an Plastik verarbeiten zu können. Außerdem beabsichtigen die Forscher das System weiterzuentwickeln, um neben Toluol auch andere Chemikalien oder sogar Kraftstoffe aus Polystyrol zu gewinnen.


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